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Home > ANSYS Q3D 教學 > Water Rejection of Capacitive Touch Screen Panel

 

The article is intended to introduce how to simulate the water rejection for capacitive touch screen panel, and understand what is the different effect between each sensing channel with water.

  1. Introduction

  2. Model Structure

    2.1 Spread water

    2.2 Dropped water

  3. C Result with Water

    3.1 Spread water

    3.2 Dropped water

  4. 問題討論(Q&A)

    4.1 How to design a process or pattern for TSP water rejection?

    4.2 How to improve the performance of water rejection for TSP?

  5. Reference

  1. Introduction 

防水性是電容式觸控面板的必測項目，但這防水跟手機防水不同，其主要不是防水氣滲入產品內，而是當面板上有水滴(下雨戶外操作)，或手濕(洗手後未擦乾)的情況下操作，此時因為水的存在，觸控面板的報點準確度會受影響。所以，與其說是防水性測試(waterproofing)，更精確來說應該是"抗"水性測試(water rejection)。

觸控面板的抗水測試主要有兩種，一種是噴水霧在面板上(spread water, as step2.1)，另一種是用滴管滴3~8滴水(dropped water, as step2.2)，然後用5~7 phi的手指去滑動測試。前者因為水量少，通常功能上不會有問題，後者因為水量較多，且表面張力聚集的水滴會因手指的滑動而將水滴形狀拉開(如下所示)，故影響手指與sensing pattern間的感應電容變化蠻大的(水是介電係數極高的介質)。

Q3D 2015 (R16)起，官方材料庫內新增水、純水、海水...等材料

  1. Model Structure

2.1 Spread water 

2.2 Dropped water 

  1. C Result with Water

3.1 Spread water 

3.2 Dropped water 

下圖右可以看出，當面板上有因表面張力而聚集的 大水滴(水漬)時，因為水是屬於高相對介電係數(81)的介質，若手指位置正好壓在水滴上(或說手指出現位置正好有接觸到水滴)， 則整個水滴所覆蓋區域的感應量都會提高，基礎互容與改變互容都會增加(both of base-Cm and delta-Cm will increase with water)，這會嚴重地影響電容式觸控偵測系統的定位演算法對手指位置的判斷。

如果手指觸碰位置偏右邊，但水滴從手指位置往左延伸，那CPU報點位置將會比真實位置 明顯往左偏。

從模擬結果發現：電容式觸控面板的抗水性不容易施做，原因是水的影響 與水量多寡、水滴形狀、自容\互容偵測技術都有關，又其對每根sensing channel的影響量也不一樣，故要以韌體(firmware)判斷並消除並不容易。 雖然不容易，但透過一些手指感應量與形狀的判斷原則，韌體還是可以分離出水的影響與提高抗水性的。

對於極靠近手指區域的水，其增加delta-Cm的量較少，因為該區域原本被手指牽引的delta-Cm就很多，故水再增加的量有限(約15%)。但離手指一個pitch(5mm)距離的水，其增加 的delta-Cm量就很明顯，因為該區域原本被手指fringe牽引的delta-Cm很少，故 因水而增加的delta-Cm，比例上非常高(約5~8x)。

  1. 問題討論(Q&A)

4.1 How to design a process or pattern for TSP water rejection? 

Ans：In general, it is hard to enhance the water rejection performance of TSP through different material\stack-up or sensing patterns. The ability of water rejection almost depends on the firmware algorithm, and some of IC vendors provide special channel scanning method to help firmware to eliminate water effect.[1]

4.2 How to improve the performance of water rejection for TSP? 

Ans：First, get the unwanted C value induced from water by hardware support, some kinds of tricky firmware estimates, measurement or simulation, then subtract or compensate them by firmware. 有經驗的工程師看到上圖右channel R2, R3, R4遞增的趨勢(到R4最高)，但R5突然感應量大幅掉下來，就會警覺這不是正常單指觸碰下會產生的感應電容分佈型態。感應量最高(且高過某個main touch threshold level)的channel (R4)，必定是手指正好壓在Tx與Rx的中心，此時左右Rx channel (R2, R4)感應量不但是對稱的，通常也只有最高那根的10~15%。另外，距離R4兩pitch (10mm)的channel (R2)，沒有水時幾乎是沒有感應量的，如上圖左所示。

既然知道上圖右的R2, R3含有水所引入的多餘感應量，剩下的重點就是如何靠韌體補償這影響。直覺上，既然知道最高channel兩側(R3, R5)是對稱的，那對(R3, R5)取最小值覆寫成一樣不就得了? 嘿嘿，沒這麼簡單，正常使用情況下不會只有單指操作，多指操作時需要先做2D維度(X, Y)的波峰波谷判斷，再判斷是否有水，再決定是否要啟動抗水補償機制。

  1. Reference 

[1] 自容、互容感測雙管齊下　電容式觸控螢幕防水性能升級, 原英文

[2] Water rejection demo (video), CoolTouch CTS120

[3] 君曜抗水測試影片